(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像情報に応じて変調されたレーザー光を出力するレーザー光源と、
水平方向と垂直方向に２軸駆動して前記レーザー光を二次元走査する走査器と、
前記走査器の駆動信号を出力する走査ミラー駆動部と、
前記レーザー光源に印加されるデータの水平方向の並び替えをおこなう光源データ変換部と、
前記走査ミラー駆動部と光源データ変換部を同期動作させるタイミング生成部と、を備え、
前記映像情報のフレームを奇数フィールドと偶数フィールドに分割し、前記水平方向のレーザー走査の開始方向及び水平方向のレーザー走査開始位置を前記奇数フィールドと前記偶数フィールドとで変え、
前記水平方向に走査するレーザー光のビーム径は、中央部で円形であり、両端部で楕円であることを特徴とするレーザープロジェクタ。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザープロジェクタにおいて、
前記水平方向のレーザー走査開始位置は、水平方向の中央部あるいは水平方向の両端部であることを特徴とするレーザープロジェクタ。
【請求項３】
請求項１に記載のレーザープロジェクタにおいて、
水平方向のレーザー走査の開始方向と水平方向のレーザー走査開始位置と垂直方向のレーザー走査開始位置を前記映像情報のフレームごとに変えたことを特徴とするレーザープロジェクタ。
【請求項４】
請求項３に記載のレーザープロジェクタにおいて、
前記水平方向のレーザー走査開始位置は水平方向の両端部より中央より内側であり、前記垂直方向のレーザー走査開始位置は垂直方向の端部であることを特徴とするレーザープロジェクタ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のレーザープロジェクタにおいて、
走査するレーザー光の垂直方向のビーム長さを、垂直方向の画面の長さを垂直方向の表示ラインの本数で割った値よりも長くすることを特徴とするレーザープロジェクタ。
【請求項６】
映像情報に応じて変調されたレーザー光を出力するレーザー光源と、
水平方向と垂直方向に２軸駆動して前記レーザー光を二次元走査する走査器と、
前記走査器の駆動信号を出力する走査ミラー駆動部と、
前記レーザー光源に印加されるデータの水平方向の並び替えをおこなう光源データ変換部と、
前記走査ミラー駆動部と光源データ変換部を同期動作させるタイミング生成部と、を備え、
前記映像情報のフレームを奇数フィールドと偶数フィールドに分割し、前記奇数フィールドでは水平方向の一方の端部からレーザー走査を開始し、前記偶数フィールドでは前記奇数フィールドとは逆の他方の端部からレーザー走査を開始して、映像情報のひとつのフレームを２次元走査し、
前記水平方向に走査するレーザー光のビーム径は、中央部で円形であり、両端部で楕円であることを特徴とするレーザープロジェクタ。
【請求項７】
映像情報に応じて変調されたレーザー光を出力するレーザー光源と、
水平方向と垂直方向に２軸駆動して前記レーザー光を二次元走査する走査器と、
前記走査器の駆動信号を出力する走査ミラー駆動部と、
前記レーザー光源に印加されるデータの水平方向の並び替えをおこなう光源データ変換部と、
前記走査ミラー駆動部と光源データ変換部を同期動作させるタイミング生成部と、を備え、
前記映像情報のフレームを第１、第２、第３及び第４のフィールドに分割し、
前記第１のフィールドでは、水平方向の一方の端部から他方の端部に向けてレーザー走査を開始し、
前記第２のフィールドでは、水平方向の中央端部から水平方向の一方の端部に向けてレーザー走査を開始し、
前記第３のフィールドでは、前記第１のフィールドとは逆の端部から前記第１のフィールドとは逆の方向にレーザー走査を開始し、
前記第４のフィールドでは、水平方向の中央端部から、前記第２のフィールドとは異なる端部に向けてレーザー走査を開始することにより、映像情報のひとつのフレームを２次元走査し、
前記水平方向に走査するレーザー光のビーム径は、中央部で円形であり、両端部で楕円であることを特徴とするレーザープロジェクタ。
【請求項８】
映像情報に応じて変調されたレーザー光を出力するレーザー光源と、
水平方向と垂直方向に２軸駆動して前記レーザー光を二次元走査する走査器と、
前記走査器の駆動信号を出力する走査ミラー駆動部と、
前記レーザー光源に印加されるデータの水平方向の並び替えをおこなう光源データ変換部と、
前記走査ミラー駆動部と光源データ変換部を同期動作させるタイミング生成部と、を備え、
前記映像情報のフレームを奇数フィールドと偶数のフィールドに分割し、さらに、前記奇数フィールドを第１の奇数サブフィールドと第２の奇数サブフィールドに分割し、前記偶数フィールドを第１の偶数サブフィールドと第２の偶数サブフィールドに分割し、
前記第１の奇数サブフィールドでは、垂直方向の上部であって水平方向の一方の端部から１／４水平時間分内側を基点に垂直方向の下方に向けてレーザー走査を開始し、
前記第１の偶数サブフィールドでは、垂直方向の上部であって前記第１の奇数サブフィールドとは逆の端部から１／４水平時間分内側を基点に垂直方向の下方に向けてレーザー走査を開始し、
前記第２の奇数サブフィールドでは、垂直方向の下部であって水平方向の一方の端部から１／４水平時間分内側を基点に垂直方向の上方に向けてレーザー走査を開始し、
前記第２の偶数サブフィールドでは、垂直方向の下部であって前記第２の奇数サブフィールドとは逆の端部から１／４水平時間分内側を基点に垂直方向の上方に向けてレーザー走査を開始することにより映像情報のひとつのフレームを２次元走査し、
前記水平方向に走査するレーザー光のビーム径は、中央部で円形であり、両端部で楕円であることを特徴とするレーザープロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像情報により変調されたレーザ光源からの光を、投写面に走査して画像を表示させるレーザープロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザープロジェクターは、ビーム状の光線をMEMSミラー等の偏向素子により２次元走査することによって画像を描画し、表示画像を投写している。前記ビーム状の光線は、レーザとレンズの組み合わせにより実現する事が可能であるが、完全な平行ビームである必要はなく、目標距離においてフォーカスするようなものでもかまわない。
【０００３】
また、前記偏向素子とは、たとえば小型のミラーを物理的に振動させるものがあげられる。２次元的な画面を表示するには、高速に動作する軸と、低速に動作する軸との組み合わせをする事が一般的となる。このうち高速に動作する軸は、ミラーを共振動作をさせる事で、低電力で広振幅が実現できる。また、低速に動作する軸では、非共振動作させることで、表示期間を長くし、歪みを少なくすることが出来る。
【０００４】
上述のレーザープロジェクターの一例が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表2005-526289号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のレーザープロジェクターでは、ミラーがひとつの軸方向に共振状態で高速動作して左右方向（水平方向）に振動され、これと同時に、他の軸方向に非共振状態で低速動作して上下方向（垂直方向）に振動している。このミラー動作により、図１に示されるような映像情報の一つのフレームに対応する投写画面のレーザー走査がおこなわれている。詳しくは、ミラーの共振動作が、映像情報の一つのフレームを構成する複数のラインに対応して、左方向のレーザ走査と右方向のレーザ走査を繰り返しておこなわれて表示されている。
【０００７】
図１から明らかなように、レーザー走査の左右方向（水平方向）の端部では、走査ビームの折り返しが発生するため、ビーム間隔が非均等な粗密状態となる。一方、レーザー走査の中央では、ビーム間隔は均一になっている。
【０００８】
上記のとおり、画面中央部と端部のビーム間隔が異なるため、画面中央部と端部で解像度が異なり、特に端部においては、縦方向の解像度が低くなる問題がある。このため、従来においては、ビーム走査の折り返しの影響の少ない中央部分を利用することで、問題を回避していた。しかし、この方法では、走査期間のうち表示期間が少なくなるため、走査画面サイズが小さくなり、また、発光デューティが下がるという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、上記の問題を解決し、画面端部でも解像度低下を抑制したレーザープロジェクターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本願発明のレーザープロジェクターは、ビーム状光線を高速に動作する軸と低速に動作する軸との二次元的な走査により、画面を構成する表示装置であって、高速に動作する軸の動作周期の２ｎ＋１倍の周期により低速に動作する軸が動作し、表示画面を構成する期間を二つのフィールドに分割し、一方のフィールドにおける、高速に動作する軸の第一番目の動作方向と、他方のフィールドにおける、高速に動作する軸の第一番目の動作方向が逆となるような、走査方法であって、設定視聴距離において、ビーム状光線のサイズが、前記低速に動作する軸により表現される画面範囲を表示ライン数で割った値の略1.5倍以上のサイズとした。
【００１１】
また、本願発明のレーザープロジェクターは、ビーム状光線を高速に動作する軸と低速に動作する軸との二次元的な走査により、画面を構成する表示装置であって、高速に動作する軸の動作周期のｎ＋１/2倍の周期により低速に動作する軸が動作し、表示画面を構成する期間を四つのフィールドに分割し、第一および第三のフィールドにおいては、高速に動作する軸の第一番目の動作は、端から始まり、第二および第三のフィールドにおける、高速に動作する軸の第一番目の動作は、中央から始まるなるような、走査方法であって、設定視聴距離において、ビーム状光線のサイズが、前記低速に動作する軸により表現される画面範囲を表示ライン数で割った値の略1.5倍以上のサイズとした。
【００１２】
さらに、本願発明のレーザープロジェクタは、ビーム状光線を高速に動作する軸と低速に動作する軸との二次元的な走査により、画面を構成する表示装置であって、高速に動作する軸の動作周期の２ｎ＋１倍の周期により低速に動作する軸が動作し、表示画面を構成する期間を２つのフィールドに分割し、さらに前記フィールドを２つのサブフィールドに分割し、一方のサブフィールドにおける低速に動作する軸の動作方向と、他方のサブフィールドにおける低速に動作する軸の動作方向は逆であり、一方のフィールドにおける高速に動作する軸の第一番目の動作方向と、他方のフィールドにおける高速に動作する軸の第一番目の動作方向が逆であって、低速に動作する軸は、高速に動作する軸に対して、高速に動作する軸の動作周期の1/4 だけ遅れているようにした。
【００１３】
このとき、設定視聴距離において、ビーム状光線のサイズが、前記低速に動作する軸により表現される画面範囲を表示ライン数で割った値の略1.5倍以上のサイズとするようにしてもよい。
【００１４】
また、ビーム状光線を高速に動作する軸と低速に動作する軸との二次元的な走査により、画面を構成する表示装置であって、表示画面を構成する期間を２つ以上のフィールドもしくは、サブフィールドに分割し、前記フィールドもしくはサブフィールドにおける、ビーム軌跡が異なるような駆動方法であって、画面中央部に比較して画面周辺部のビームが前記低速に動作する軸方向に1.5倍以上大きいようにする。
【００１５】
さらに、ビーム状光線を高速に動作する軸と低速に動作する軸との二次元的な走査により、画面を構成する表示装置であって、表示画面を構成する期間を２つ以上のフィールドもしくは、サブフィールドに分割し、前記フィールドもしくはサブフィールドにおける、ビーム軌跡が異なるような駆動方法であって、高速に動作する軸と低速に動作する軸の二つの偏向素子を有し、前記高速に動作する軸の偏向素子と、前記低速に動作する軸の偏向素子の間に，ビーム形状を中央部に対して周辺部では低速に動作する軸の方向に拡大するような光学素子を有するようにする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、画面の水平端部の解像度低下を抑制し、表示可能期間を拡大することが可能となり、表示画面の拡大や発光デューティーの向上により、画面輝度の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ビーム走査軌跡を表す図である。
【図２】実施例１のタイミングチャートである。
【図３】実施例１のビーム走査軌跡を表す図である。
【図４】円形状のビームとした場合の表示状態を表す図である。
【図５】楕円形状のビームとした場合の表示状態を表す図である。
【図６】実施例1のハードウェア構成を説明する図である。
【図７】実施例２のタイミングチャートである。
【図８】実施例２のビーム走査軌跡を表す図である。
【図９】実施例３のタイミングチャートである。
【図１０】実施例３のビーム走査軌跡を表す図である。
【図１１】実施例４のビーム表示状態を表す図である。
【図１２】実施例４の他のビーム表示状態を説明する図である。
【図１３】実施例４のハードウェア構成を説明する図である。
【図１４】実施例５のプロジェクターの構成を説明する図である。
【図１５】実施例５のビーム表示状態を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明のレーザープロジェクターの実施の形態を図に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１９】
上述のとおり、従来のレーザー走査では、フレーム毎に同一の方向でビーム走査を開始していた。本実施例では、１つのフレームを２つのフィールドに分割して交互にビーム走査の開始方向を変えるようにした。これにより、ビーム走査の水平方向の端部では、ビーム間隔の粗密がフレーム毎に反対になるため、見掛けの解像度低下を防止することができる。
【００２０】
図３は、本実施例のビーム走査を説明する図である。本実施例では、表示画面を偶数フィールドと奇数フィールドの二つのフィールド種別に分けて交互に表示する。ここで、奇数フィールドでは左から右への走査(左走査)からスタートし、偶数フィールドでは右から左への走査(右走査)からスタートする。
【００２１】
図３に示すように、水平方向のビーム走査ライン数を奇数とするとともに、偶数フィールドと奇数フィールドの垂直方向のスタート位置を同じにすると、偶数フィールドのビーム走査ラインが粗い場所は、奇数フィールドのビーム走査ラインの密な場所になる。このため、ビーム走査ラインの粗密が補間され、水平方向端部の見掛けの解像度が向上する。
【００２２】
図６と図２に、上述のビーム走査をおこなうビーム走査制御回路の構成とタイミングをしめす。
図６に示されるように、実施例のビーム走査制御回路は、光を発生するための光源10、入力データに基づき前記光源10を光らせるための光源用ドライバ9、光源の特性に基づき入力された画像データを変換し前記光源用ドライバ9にデータを出力する光源データ変換器6、MEMSミラー等の前記光源10より発生された光を二次元的に走査する走査器8、入力データに基づき前記走査器8を駆動させるための走査器用ドライバ7、所望の画面更新レートに対して、前記走査器8の特性に応じた駆動信号を生成し、前記走査器用ドライバに出力する走査データ生成器5、および、前記光源データ変換器と走査データ生成器の同期をおこなうタイミング生成器4から構成される。また、一般的な画像の調整を行う画像調整器2を有する。
【００２３】
なお、本発明にて用いている「ドライバ」「変換器」「走査器」「生成器」は要素の名称であり、より具体的な形態として、個々のＩＣ群であっても、いくつかの要素がひとつになった複合機能を有するＩＣ群であってもよい。また、複数の要素が複数のＩＣ群により実現させる場合であっても、本発明の範囲からはずれるものではない。
【００２４】
つぎに、実施例のビーム走査制御回路の動作を、図２のタイミングチャートを用いて説明する。
実施例のビーム走査制御回路によりビーム走査して表示する画像データ1は、画像調整器2により画像調整されて、処理後の画像データ3が生成される。タイミング生成器4は、画像データ1に同期して、画像データ1（処理後の画像データ3）を、奇数フィールドと偶数フィールドの２つのフィールドに分割する。また、タイミング生成器4は、光源データに同期した走査器8の駆動波形である水平走査駆動波形と垂直走査駆動波形のタイミングを制御している。
【００２５】
光源データ変換器6は、タイミング生成器4の奇数／偶数フィールドの分割情報に基づいて、奇数フィールドでは、左走査からスタートするように水平走査の画像データの並びを交互に変更する。同様に、偶数フィールドでは、右走査からスタートするように水平走査の画像データの並びを交互に変更する。
【００２６】
本実施例では、レーザビーム径を変更するようにしてもよい。図４は、円形ビームの場合を示す図である。垂直方向の走査ビームの接続性を良好にするため、図５に示すように、ビームの垂直方向の長さを、垂直方向の画面長さを垂直方向の表示ラインの本数で割った値よりも長くし、重なりを設けるようにしてもよい。より具体的には、1.5倍程度とすることで、フリッカを防止する。
【実施例２】
【００２７】
実施例１では、水平方向の端部の解像度低下を改善する例を示した。しかし、水平方向の端部と中央部で解像度が異なって見える。本実施例ではこれを改善する方法を示す。実施例２では、表示画面を構成する１つのフレーム期間を４つのフィールドに分割し、それぞれ、第一フィールド、第二フィールド、第三フィールド、第四フィールドと呼ぶ。図８に、本実施例のビーム走査軌跡を示す。
【００２８】
図８に示すように、第一および第三フィールドでは、画面の右もしくは左端から、画面描画を開始し、第二および第四フィールドでは、画面中央から右走査もしくは、左走査により描画を開始する。水平方向の端部の折り返し点が増すとともに、中央部でも走査ビームの交差点が増すため、水平方向の端部と中央部の視覚的な差が小さくなる。
【００２９】
本実施例のビーム走査制御回路の動作を、図７のタイミングチャートにしめす。実施例１と同様に、タイミング生成器4により、タイミング制御される。
【００３０】
本実施例のような走査を行うことで、水平方向の走査速度を増加させる事無く、垂直方向の見かけのライン数を増加させる事が出来るとともに、端部と中央部の視覚差を低減できる。
【００３１】
また、本実施例においても、実施例１と同様に、ビームの垂直方向の長さを、画面の垂直方向の長さを表示ライン数で割った値よりも長くし、重なりを設けることができる。
【実施例３】
【００３２】
図９、図１０により、他のビーム走査の実施例を説明する。本実施例では、表示画面を構成する２つのフレーム期間を２つのフィールドに分類し、一方を偶数フィールドとし、他方を奇数フィールドとする。さらに、前記偶数および奇数フィールドをそれぞれ二つのサブフィールドに分類する。サブフィールドのうち一方は、画面垂直上から下方向へ描画する期間として、ダウンサブフィールドと呼ぶ。また他方は、画面垂直下から上方向へ描画する期間として、アップサブフィールドと呼ぶ。フィールド期間に含まれる水平同期の個数は奇数とする。このようにすることで，奇数フィールドで右走査からスタートすれば、偶数フィールドでは左走査からのスタートとなる。さらに、各フィールドの開始位置を各走査の走査期間の1/4だけ遅れたものとする。ここで走査期間とは、右もしくは左の走査を行う一連の期間を指す。
【００３３】
図１０に示すように、奇数フィールド・ダウンサブフィールドでは、画面の右上端から水平走査期間の1/4ずれた位置を走査基点として、ビーム走査がおこなわれ、偶数フィールド・ダウンサブフィールドでは、画面の左上端から水平走査期間の1/4ずれた位置を走査基点として、ビーム走査がおこなわれる。奇数フィールド・アップサブフィールドでは、画面の右下端から水平走査期間の1/4ずれた位置を走査基点として、画面垂直下から上方向へビーム走査がおこなわれ、偶数フィールド・アップサブフィールドでは、画面の左下端から水平走査期間の1/4ずれた位置を走査基点として、画面垂直下から上方向へビーム走査がおこなわれる。
【００３４】
図１０に示すビーム軌跡のようにビーム走査がおこなわれるため、水平方向の中央部以外でも走査ビームの交差点が発生するため、画面の解像度変化を均一化できる。
【００３５】
本実施例のビーム走査制御回路の動作を、図９のタイミングチャートにしめす。実施例１と同様に、タイミング生成器4により、タイミング制御される。ここで、実施例３では、画面垂直下から上方向へのビーム走査を、実施例１，２の垂直帰線の動作と同様にしておこなう。
【００３６】
また、本実施例においても、実施例１と同様に、ビームの垂直方向の長さを、画面の垂直方向の長さを表示ライン数で割った値よりも長くし、重なりを設けることができる。
【実施例４】
【００３７】
実施例１から３に示すように、画面を複数のフィールドに分割し、フィールド毎に表示位置をずらすことにより、水平走査速度を上げずに表現ライン数を増大することができ、非常に有効である。しかしながら一方で、ビームの重なりが少ない場合には、画面のちらつき(フリッカ)として認識されるという問題がある。実施例１から３においては、この問題をビームの重なりを設けることで、回避している。しかしながら、同手段においては、本来重なりを設ける必要のない画面中央部分においても、ビームの重なりが発生し、先鋭感の劣化を招く。
【００３８】
そこで、実施例４では、図１１に示すように、画面中央部と画面周辺部でビーム形状およびサイズが異なるようにした。つまり、画面中央部においては、ビームサイズを画面の垂直方向の長さをライン数で割った値と略同じとし、画面周辺部では、ビームの垂直方向の長さを、画面の垂直方向の長さをライン数で割った値よりも長くする。
【００３９】
より具体的には、画面中央部と周辺部では、ビーム走行距離が異なることを利用する。図１２に示すように、画面中央部に比べて、画面周辺部では、スクリーンまでのビーム走行距離が長くなる。そこで、ビームとして適切な広がりを持つものを設計することで、図１１に記載したようなビームとする。
【００４０】
さらに、図１３のように、光源と走査器との間に、フォカスレンズを配置し、そのフォーカスをタイミング生成器により制御する。このようにすることで、画面中央部と周辺部とのフォーカスサイズを適切に調整することが可能となる。
【実施例５】
【００４１】
つぎに、画面中央部と周辺部とでビーム径を制御する他の実施例を説明する。実施例５でも、実施例４と同様に，画面中央部と画面左右の周辺部でビーム形状およびサイズが異なることとする。つまり、画面中央部においては、ビームサイズを画面の垂直方向の長さをライン数で割った値と略同じとし、画面周辺部では、ビームの垂直方向の長さを、画面の垂直方向の長さをライン数で割った値よりも長くする。
【００４２】
本実施例の構成を図１４に示す。具体的には，偏向素子を水平方向と垂直方向とを分割し，まずビーム状の光線を水平方向の偏向素子によりライン状とし、垂直方向の偏向素子により面状とする。前記水平方向の偏向素子と、垂直方向の偏向素子の間に，ビーム形状を調整する光学素子（ビーム整形素子） を配置する。より具体的には、ライン中央部では拡大せず、周辺部においては，前記ラインと直交する方向に拡大する光学素子を配置する。
【００４３】
図１５に、ビーム整形素子通過後で、垂直方向偏向素子上における、ビーム軌跡を示す。このビーム軌跡を垂直方向偏向素子により垂直方向に走査することにより、画面中央部では、ビーム重なりを抑制し、周辺部ではビーム重なりを設けることが出来る。本実施例に用いたビーム整形素子は、アクティブな制御を必要とせず、システムの簡略化が可能となる。
【００４４】
本発明では、垂直方向のライン間隔が一定である場合について説明しているが、例えば斜めに投写するなどの場合などの、垂直方向のライン間隔は一定では無い場合においても有効である。
【符号の説明】
【００４５】
1…画像データ、2…画像調整器、3…処理後の画像データ、4…タイミング生成器、5…走査データ生成器、6…光源データ変換器、7…走査器用ドライバ、8…走査器、9…光源用ドライバ、10…光源、11…フォーカスレンズ、12…光源、13…ビーム整形素子、14…水平方向偏向素子、15…垂直方法偏向素子、16…表示画面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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